(Đồ án hcmute) ứng dụng điều khiển thông minh trong công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THƠNG MINH TRONG CƠNG NGHIỆP GVHD:TẠ VĂN PHƯƠNG SVTH :LÊ NGỌC BÌNH MSSV:15151006 SVTH: TRẦN THỊ LINH NHI MSSV: 15151059 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2019 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH TRONG CƠNG NGHIỆP MSSV: 15151006 SVTH : LÊ NGỌC BÌNH 15151059 TRẦN THỊ LINH NHI Khoá : 2015 Ngành : CƠNG NGHỆ KỸ TḤT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA GVHD: ThS.TẠ VĂN PHƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THƠNG MINH TRONG CƠNG NGHIỆP SVTH : LÊ NGỌC BÌNH MSSV: 15151006 TRẦN THỊ LINH NHI 15151059 Khoá : 2015 Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GVHD: ThS.TẠ VĂN PHƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ********** Tp HCM, ngày 10 tháng năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên: LÊ NGỌC BÌNH TRẦN THỊ LINH NHI Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Giảng viên hướng dẫn: ThS.TẠ VĂN PHƯƠNG Ngày nhận đề tài: 04/03/2019 MSSV: Lớp: 15151006 15151059 15151CL3 ĐT: 0908248231 Ngày nộp đề 10/07/2019 tài: Tên đề tài: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH TRONG CÔNG NGHIỆP Các số liệu, tài liệu ban đầu: − Lý thuyết điều khiển Fuzzy cho hệ thống phi tuyến − Hệ thống phần cứng mạng truyền thông công nghiệp Rockwell Automation − Sơ mạng truyền thông công nghiệp Nội dung thực đề tài: − Tìm hiểu giải pháp dự phòng chuyển mạch tự động dựa chương trình (software output switching) cho hệ thống tự động hóa nhà máy − Tìm hiểu lỗi phần cứng, lỗi chương trình, lỗi truyền thơng hệ thống tự động hóa nhà máy − Điều khiển hệ thống ổn định áp suất dựa điều khiển Fuzzy − Thiết kế hệ thống mơ hình dự phịng sử dụng mạng truyền thông công nghiệp Sản phẩm: Mơ hình, luận văn tốt nghiệp TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ********** Tp HCM, ngày 10 tháng năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: LÊ NGỌC BÌNH Lớp:15151CL3 MSSV:15151006 Họ tên sinh viên 2: TRẦN THỊ LINH NHI Lớp: 15151CL3 MSSV: 15151059 Tên đề tài: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH TRONG CÔNG NGHIỆP Tuần/ngày Xác nhận GVHD Nội dung Tuần Nhận để tài, gặp giáo viên hướng dẫn Tuần Tìm hiểu tổng quan, lên kế hoạch thực đề tài, phân chia nhiệm vụ đề tài, thống với giáo viên hướng dẫn đề tài cách thực Tuần 3,4,5 Nghiên cứu sở lý thuyết hệ phi tuyến điều khiển áp dụng cho điều khiển hệ bồn nước áp suất Tuần Thiết kế điều khiển cho PLC sử dụng Fuzzy logic Tìm hiểu Automation phần cứng Rockwell Tuần Đưa điều khiển Fuzzy vào chương trình thực cho PLC Tuần Tìm hiểu mạng truyền thơng cơng nghiệp Tìm hiểu thiết bị mạng truyền thơng ii an Tuần Tìm hiểu mạng dự phòng dựa software output switching Tìm hiểu lỗi thường gặp hệ thống Tìm hiểu C# Tuần 10,11,12 Thực cấu hình phần cứng, khai báo phần cứng, thiết lập mạng truyền thơng, thực chương trình dự phịng và đọc mã lỗi hệ thống Tuần 13 Thực liên kết PLC với phần mềm C# Đọc biến từ PLC phần mềm giám sát Tuần 14 Thiết kế giao diện SCADA Tuần 15 Test chương trình, sửa lỗi, tối ưu hóa chương trình Tuần 16 Báo cáo sơ với giáo viên hướng dẫn chỉnh sửa cho phù hợp theo gợi ý giảng viên Tuần 17 Nộp báo cáo, gặp giáo viên phản biện, tiếp tục hoàn thiện đề tài GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iii an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ********** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên: Ngành: Tên đề tài: GVHD: NHẬN XÉT LÊ NGỌC BÌNH MSSV: 15151006 TRẦN THỊ LINH NHI 15151059 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THƠNG MINH TRONG CƠNG NGHIỆP ThS.TẠ VĂN PHƯƠNG Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Sinh viên thực đầy đủ yêu cầu đồ án tốt nghiệp Ưu điểm: Điều khiển ổn định hệ thống sử dụng Fuzzy logic chạy PLC, xây dựng giải pháp dự phòng đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đồng ý cho bảo vệ Đánh giá loại: Giỏi Điểm:……………….( Bằng chữ: .) Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng Giáo viên hướng dẫn (ký & ghi rõ họ tên) năm 20 iv an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ********** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên: Ngành: Tên đề tài: GVPB: NHẬN XÉT LÊ NGỌC BÌNH MSSV: 15151006 TRẦN THỊ LINH NHI 15151059 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THƠNG MINH TRONG CƠNG NGHIỆP PGS.TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Nội dung đồ án đầy đủ vượt trội, mức tốt Ưu điểm: Giải pháp đưa có tính mới, tính ứng dụng cao Phương pháp nghiên cứu phù hợp, đồ án có tham khảo từ nguồn khác có trích dẫn đầy đủ, đồ án trình bày rõ ràng mạch lạc, mức tốt Khuyết điểm: Đánh số cho tất cơng thức Một số hình vẽ mờ, cần vẽ lại 10 Đề nghị cho bảo vệ hay không? Được bảo vệ 11 Đánh giá loại: 12 Điểm:……………….( Bằng chữ: .) Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng Giáo viên phản biện (ký & ghi rõ họ tên) năm 2019 v an LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian năm học tập rèn luyện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh nay, nhóm sinh viên thực nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cơ bạn bè Với lịng biết ơn sâu sắc chân thành nhất, nhóm sinh viên thực xin gửi đến quý Thầy Cô Khoa Điện - Điện Tử – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Nhóm sinh viên thực đề tài xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy – ThS.Tạ Văn Phương là giảng viên môn tự động điều khiển và là người trực tiếp hướng dẫn thực đề tài Trong suốt trình thực đề tài thầy ln tận tình quan tâm theo dõi tiến độ thực đề tài và đưa dẫn cần thiết thông qua buổi báo cáo tiến độ nhằm có điều chỉnh kịp thời phù hợp để nâng cao kết đề tài Xin gửi lời cảm ơn đến Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Khoa Điện – Điện Tử hỗ trợ thiết bị để thực đề tài tạo điều kiện cho nhóm sinh viên q trình thực đề tài phịng D101 Bên cạnh đó, nhóm sinh viên thực đề tài xin gửi lời cảm ơn đến tác giả sách, báo, tạp chí khoa học giúp nhóm có nguồn tài liệu tham khảo quý báu Gửi lời đồng cảm ơn đến bạn lớp 15151CL3 chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! vi an TÓM TẮT ĐỀ TÀI Thông thường, điều khiển hệ thống phải dùng mơ hình tốn học phương trình vi phân và phương trình sai phân, theo phương pháp và thủ tục thiết kế phân tích kiểm nghiệm hệ thống điều khiển phát triển Tuy nhiên, phương pháp này ứng dụng lớp nhỏ mơ mơ hình tuyến tính số dạng đặc biệt mơ hình phi tuyến và thường khơng ứng dụng khơng tìm mơ hình đối tượng hay trình điều khiển Trong thực tế, để thành mơ hình thuật tốn khơng phải dễ hệ thống bị ảnh ảnh hưởng yếu tố môi trường xung quanh làm cho việc điều khiển trở nên khó khăn Hệ thống điều khiển thơng minh điều khiển cách tự chủ hệ thống phức tạp mà khơng cần dùng mơ hình tốn học để thiết kế hệ thống Hệ thống hoạt động hệ thống có thay đổi tham số hay môi trường điều khiển, thông qua trình học từ kinh nghiệm, tiếp thu tổ chức kiến thức môi trường xung quanh hành vi tới hệ thống Các mục tiêu đầy tham vọng này, xuất phát từ mong muốn bắt chước hệ thống thông minh sinh học Một phương pháp giải bài toán điều khiển hệ bất định điều khiển mờ Đây là phương pháp điều khiển biết đến giải pháp điều khiển đơn giản, song lại mang đến chất lượng bền vững cao Hệ logic mờ (Fuzzy logic) mô tả quan hệ dựa luật nếu–thì nên địi hỏi người thiết kế phải có an hiểu định hệ thống Đồ án kết hợp điều khiển mờ giải pháp dự phòng tạo thành hệ thống PLC điều khiển ngõ chung, áp dụng vào mơ hình cơng nghiệp cần PLC thứ hai chạy chế độ chờ nhà máy lượng điện, gió vii an ABSTRACT Typically, controlling a system must use mathematical models such as differential equations, whereby methods and procedures for analytical design and control of control systems have been developed However, these methods can only be applied in a small class of models such as linear models and some special types of nonlinear models and are often not applicable if the model of the object or control process cannot be found In fact, to be an algorithmic model is not easy and the system is also affected by the elements of the surrounding environment making it difficult to control The intelligent control system can control autonomously complex systems without using mathematical models to design the system This system also works when the system parameter changed or control environment has changed, through the process of learning from experience, acquiring and organizing knowledge about the surrounding environment and the upcoming behavior of system These ambitious goals, stemming from the desire to imitate bio-intelligent systems This graduate thesis proposes another method to solve the problem of controlling such uncertainty system – Fuzzy logic This is a control method known as a simple control solution, but brings a very high quality of sustainability Fuzzy logic describes the relationship based on the rule if – then should require the designer to have a certain understanding of the system Combining with Software output switching technique, this paper introduces a redundancy system with two PLC chassis control one remote I/O chassis This system can be applied to any system that needed a secondary PLC running in shadow mode like electric or wind factory viii an MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN vi TÓM TẮT ĐỀ TÀI vii ABSTRACT viii MỤC LỤC ix DANH MỤC HÌNH xii DANH MỤC BẢNG xv DANH MỤC VIẾT TẮT xvi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 NỘI DUNG NHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.5 BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Bộ điều khiển FUZZY 2.1.1 Tổng quan hệ thống áp suất 2.1.2 Lý thuyết điều khiển vịng kín 2.1.3 Bộ điều khiển FUZZY 2.2 Mạng DeviceNet 22 2.3 Mạng ControlNet 24 2.4 Mạng EtherNet 26 2.5 Biến tần 28 ix an 2.6 Chuẩn IEEE 754 29 2.7 Giải pháp dự phịng dựa chương trình chuyển mạch tự động 30 2.8 Chuẩn đoán lỗi hệ thống 34 2.8.1 CPU logix 5000 lỗi nghiêm trọng, lỗi không nghiêm trọng, lỗi I/O 34 2.8.2 Truy xuất thiết lập liệu hệ thống 36 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 38 3.1 Thiết kế hệ thống 38 3.2 Mơ hình ổn định áp suất 40 3.3 Lựa chọn thiết bị 41 3.3.1 CPU 1756-L71 41 3.3.2 Module Controlnet 1756-CNBR 42 3.3.3 Module DeviceNet 1756-DNB 43 3.3.4 Module Ethernet 1756-ENBT 44 3.3.5 Cảm biến áp suất PSA-01 45 3.3.6 Biến tần PowerFlex 700s 47 3.3.7 Màn hình PanelView Plus 49 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 50 4.1 Yêu cầu điều khiển hệ thống 50 4.2 Thiết kế điều khiển FLC 50 4.3 Thiết kế giải pháp dự phòng cho hệ thống 54 4.4 Chương trình điều khiển dùng FLC, hệ thống dự phịng, hình giám sát và lưu trữ liệu SQL 58 4.5 Phần mềm sử dụng 58 4.5.1 RSlinx classic 58 4.5.2 RSlogix 5000 59 4.5.3 RSNetWorx for ControlNet 60 x an 4.5.4 RSnetworx for Devicenet 61 4.5.5 RSLogix5000 Fuzzy Designer v16.00 62 4.5.6 Factory Talk View 63 4.5.7 Phần mềm SQL Server 2008 64 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN 65 5.1 Điều khiển mơ hình ổn định áp suất dùng FLC 65 5.2 Kết giải pháp dự phòng cho hệ thống 66 5.3 Kết cảnh báo lỗi hình HMI SCADA 68 5.4 Lưu trữ liệu SQL Server 69 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 70 6.1 Kết luận 70 6.2 Hướng phát triển 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH PLC 74 PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH FACTORY TALK 93 PHỤ LỤC 3: MÀN HÌNH SCADA TRÊN MÁY TÍNH 96 xi an DANH MỤC HÌNH Hình Hệ thống bơm điều áp sử dụng PLC Hình 2 Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tự động Hình Sơ đồ khối điều khiển mờ dựa lý thuyết điều khiển vịng kín – [1],[2] Hình Ví dụ tập mờ Hình Triangular MF Hình Trapezoidal MF Hình Gaussian MF 10 Hình Bell MF 10 Hình Signmoid MF 11 Hình 10 Chiều cao tập mờ A 12 Hình 11 ⍺-cut strong ⍺-cut 13 Hình 12 Tập mờ phần bù theo hàm thành viên 13 Hình 13 Phép hội mờ A ∪ B hàm thành viên 14 Hình 14 Một số t-norms thường dùng hàm thành viên 15 Hình 15 Tính giá trị cho vị trí hàng x1 cột z1 17 Hình 16 Ví dụ biến ngơn ngữ có thừa số ngôn ngữ 18 Hình 17 Mơ hình kết nối thiết bị qua DeviceNet 23 Hình 18 Cấu hình master scanner 24 Hình 19 Mạng controlnet 25 Hình 20 File scanlist phần mềm RSNetWorx for Controlnet 25 Hình 21 Ví dụ địa trạm mạng EtherNet 27 Hình 22 Khai báo cấu hình 28 Hình 23 Nguyên lý hoạt động biến tần 29 Hình 24 Phân bố hai CPU chassis 32 Hình 25 Phân bố hai CPU hai chassis riêng biệt 32 Hình 26 Inhibit liên kết module CPU 33 Hình 27 Lệnh message ngơn ngữ ladder 34 Hình 28 Đèn giám sát trạng thái CPU 35 Hình 29 Thông báo mã lỗi từ module 35 Hình 30 Lệnh GSV ngôn ngữ ladder 36 Hình 31 Lệnh SSV ngôn ngữ ladder 36 xii an Hình Mơ hình mạng dự phịng cảnh báo lỗi 38 Hình Sơ đồ đấu dây cảm biến vào biến tần 39 Hình 3 Mơ hình ổn định áp suất 40 Hình Controller 1756-L71 41 Hình Module1756-CNBR 42 Hình Module 1756-DNB 43 Hình Module 1756-ENBT 44 Hình Cảm biến áp suất PSA-01 45 Hình Sơ đồ đấu dây cảm biến áp suất 46 Hình 10 Tuyến tính hóa điện áp ngõ cảm biến áp suất 46 Hình 11 Biến tần PowerFlex 700s 47 Hình 12 Màn hình panelview plus 49 Hình Hàm liên thuộc ngõ vào sai số 51 Hình Hàm liên thuộc ngõ vào đạo hàm sai số 52 Hình Hàm liên thuộc ngõ 53 Hình 4 Lưu đồ giải thuật điều khiển mạng dự phịng cho mơ hình áp suất 54 Hình Lưu đồ giải thuật cho mạng dự phòng 55 Hình Lưu đồ giải thuật lấy quyền điều khiển 56 Hình Lưu đồ giải thuật điều khiển ổn định áp suất 57 Hình Giao diện chương trình RSlinx 58 Hình Giao diện chương trình RSlogix 5000 59 Hình 10 Giao diện chương trình RSnetworx for controlnet 60 Hình 11 Giao diện chương trình RSnetworx for Devicenet 61 Hình 12 Các chương trình thực PLC 61 Hình 13 Giao diện phần mềm Fuzzy Designer 62 Hình 14 Giới thiệu phần mềm Factory Talk View (nguồn: Rockwell Automation) 63 Hình 15 Giao diện phần mềm SQL Server máy tính 64 Hình Đáp ứng hệ thống sử dụng FLC so với PID 65 Hình PS chuyển sang chế độ program mode 67 Hình Đáp ứng hệ thống có cố 68 xiii an Hình Ảnh chụp HMI thông báo cố gặp phải 68 Hình 5 Màn hình SCADA từ máy tính 69 Hình Lưu trữ liệu Setpoint Process Value SQL 69 xiv an DANH MỤC BẢNG Bảng Lựa chọn cấu hình lệnh dựa vào đối tượng muốn truy xuất 37 Bảng Thông số 1756-l71 [9] 41 Bảng Thông số 1756-CNBR [4] 42 Bảng 3 Thông số 1756-DNB [4] 43 Bảng Thông số 1756-ENBT [4] 44 Bảng Thông số PSA-01 [17] 45 Bảng Chức chân tín hiệu TB1 [13] 47 Bảng Chức chân tín hiệu TB2 – [13] 48 Bảng Bảng mờ điều khiển mơ hình áp suất 53 xv an DANH MỤC VIẾT TẮT AC Alternating Current CNB Controlnet Bridge COG ….Centre of gravity CPU Central Processing Unit DC Direct Current DNB DeviceNet Bridge DNET DeviceNet Network ENET Ethernet Network FLC Fuzzy logic controller GSV Get system value HMI .Human Machine Interface MF Membership Function MOM …Mean of maxima PC Personal Computer PID Proportional Integral Derivative PLC Programmable Logic Controller PS Primary Station SCADA Supervisory Control And Data Acquisition SS .Secondary Station SSV .Set system value xvi an CHƯƠNG TỔNG QUAN CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong cơng nghiệp, tính chất tầm quan trọng hệ thống định khả vận hành nhà máy, chất lượng sản phẩm hệ thống phân phối có liên quan trực tiếp đến vấn đề an ninh quốc gia Từ dẫn đến yêu việc yêu cầu hệ thống phải hoạt động liên tục, giảm thiểu thời gian ngừng máy, nâng cao hiệu yếu tố quan tâm hàng đầu Cùng với là yêu cầu việc khoanh vùng xảy cố để khắc phục nhanh chóng hiệu Giải pháp để giải vấn đề hoạt động liên tục hệ thống giảm thiểu cố áp dụng Trong giải pháp "Redundancy" mạng dự phịng cơng nghiệp giải pháp áp dụng phổ biến nhà máy, xí nghiệp, trạm phân phối Cùng với chức giám sát và cảnh báo hệ thống xảy lỗi quan tâm Chức dự phòng đảm bảo đáp ứng yêu cầu cho hệ thống hướng đến công nghiệp sản xuất liên tục, giảm thiểu sai sót, tránh lãng phí ngun vật liệu hệ thống xảy lỗi gián đoạn quy trình sản xuất, nâng cao hiệu chất lượng sản phẩm, khoanh vùng truy tìm lỗi hệ thống nhanh chóng tiết kiệm thời gian, nguồn lực nhằm giảm thiệt hại kinh tế cho doanh nghiệp Tùy theo tầm quan trọng hệ thống, khả tài chính mà hệ thống thiết kết dự phòng cấp khác Cùng với vấn đề đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục vấn đề chất lượng hệ thống là vấn đề nhận quan tâm lớn Hầu hết đối tượng điều khiển công nghiệp hệ thống phi tuyến, việc điều khiển hệ thống phi tuyến để đạt chất lượng hệ thống cao phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm việc cài đặt thông số cho điều khiển PID Bộ điều khiển sử dụng Fuzzy logic controller (FLC) có khả thích nghi nhanh và sử dụng nhiều lĩnh vực điều khiển hệ thống tàu cao tốc Nhật Sự vượt trội FLC kiểm chứng Trang an CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Thiết kế Fuzzy Logic controller(FLC) đáp ứng yêu cầu điều khiển mơ hình áp suất Xây dựng hệ thống có khả dự phịng cấp độ CPU dựa lớp mạng Controlnet Network Duy trì hệ thống hoạt động liên tục xảy cố với cố CPU xảy lỗi phần cứng, CPU bị chuyển sang chế độ program mode hay lỗi nguồn chassis Giảm thời gian chuyển mạch PLC primary và secondary đáp ứng nhanh tốt để tránh kết nối với thiết bị khác Xây dựng chương trình báo lỗi để truy xuất thơng tin Sử dụng phần mềm để tạo chương trình SCADA giám sát toàn hoạt động hệ thống, đưa dẫn khoanh vùng khắc phục nhanh chóng đồng thời đưa cảnh báo đến người quản lý hệ thống có cố Ở trạm station, giám sát và điều khiển hệ thống bồn áp suất nhằm đạt chất lượng điều khiển hệ thống tối ưu thông qua điều khiển FLC 1.3 NỘI DUNG NHIÊN CỨU Với mục tiêu mà đề tài hướng đến nhóm tiến hành thực nội dung sau NỘI DUNG 1: Tìm hiểu lý thuyết điều khiển Fuzzy logic NỘI DUNG 2: Tìm hiểu mạng dự phịng cho hệ thống tự động hóa cơng nghiệp NỘI DUNG 3: Thiết kế điều khiển FLC NỘI DUNG 4: Thiết kế hệ thống mạng dự phòng chuyển mạch dựa chương trình phần mềm NỘI DUNG 5: Viết chương trình giám sát hệ thống SCADA NỘI DUNG 6: Đánh giá kết thực Trang an CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Vì điều kiện giới hạn kinh phí và điều kiện thiết bị nên đề tài giới hạn mức độ dự phòng cấp độ CPU mà chưa thể thực hệ thống dự phịng tồn diện 1.5 BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI Nội dung đề tài trình bày sau thành chương sau: Chương 1: Tổng quan: Trong chương này nhóm trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu, mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Ở chương này nhóm trình bày mơ hình điều khiển vịng kín, lý thuyết điều khiển mờ, hệ thống mạng công nghiệp Rockwell Automation, biến tần, tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE754, sở cơng nghệ dự phịng (software output switching), báo lỗi hệ thống Chương 3: Thiết kế hệ thống: Trong chương này nhóm đề yêu cầu thiết kế, lựa chọn thiết bị phần cứng cho yêu cầu đặt Chương 4: Điều khiển giám sát: Nội dung chương này đưa lưu đồ giải thuật, chương trình điều khiển, thiết kế giao diện giám sát HMI hình máy tính, q trình giám sát cảnh báo lỗi hệ thống Chương 5: Kết quả: Thu thập số liệu, trình bày kết trình điều khiển áp suất, dự phịng báo lỗi với tình lỗi giả định Chương 6: Kiểm tra đánh giá chất lượng mô hình, hướng phát triển đề tài: Đánh giá điều làm hạn chế hệ thống Trang an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Bộ điều khiển FUZZY 2.1.1 Tổng quan hệ thống áp suất Hiện nay, nhu cầu sử dụng nước tòa nhà vào thời điểm khác Làm nào để có hệ thống bơm biết điều tự động điều chỉnh công suất bơm cho phù hợp với lượng tiêu thụ, giữ áp suất không đổi cho hệ thống yêu cầu đặt Quá trình tìm hiểu cho thấy chung cư, khách sạn, nhà hàng, bệnh viện… có nơi cịn sử dụng hệ thống bơm nước đóng cắt bằng contactor Khi chưa có biến tần máy bơm khởi động trực tiếp việc khởi động trực tiếp máy bơm gây nhiều hệ như: Sụt áp hệ thống, tải, sốc cho hệ thống áp lực, tiêu tốn điện năng, gây phá hỏng cháy động cơ, làm giảm tuổi thọ hệ thống Khi ta sử dụng biến tần để điều khiển bơm Biến tần làm mềm hóa chuyển động động máy bơm Bình thường khơng có biến tần bật máy, động đạt tốc độ 2900 – 3000 rpm (loại motor poles) gây sụt áp hệ thống tòa nhà nhà máy Nếu có biến tần chuyển động động nhanh dần giống vặn ga Thời gian tăng tốc giảm tốc cài đặt 5s, 10s hoặc… tùy theo yêu cầu chuyển động Trang an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình Hệ thống bơm điều áp sử dụng PLC 2.1.2 Lý thuyết điều khiển vịng kín Sơ đồ tổng qt hệ thống điều khiển tự động – [2] Hình 2 Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tự động Mọi hệ thống điều khiển tự động bao gồm phận : - Thiết bị điều khiển C (Controller device) - Đối tượng điều khiển (Object device) - Thiết bị đo lường (Measuring device) Trong đó: u(t) tín hiệu vào; e(t) Sai lệch điều khiển; Trang an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT x(t) Tín hiệu điều khiển; y(t) Tín hiệu ; z(t) Tín hiệu phản hồi Muốn hệ thống điều khiển có chất lượng cao bắt buộc phải có phải hồi thơng tin, tức phải có đo lường tín hiệu từ đối tượng điều khiển Tín hiệu y(t) đưa vào so sánh với tín hiệu vào u(t) nhằm tạo nên tín hiệu tác động lên đầu vào điều khiển C nhằm tạo tín hiệu điều khiển đối tượng O 2.1.3 Bộ điều khiển FUZZY Ông Klir (1997) cho rằng: “Lôgic mờ (tiếng Anh: Fuzzy logic) phát triển từ lý thuyết tập mờ để thực lập luận cách xấp xỉ thay lập luận xác theo lơgic vị từ cổ điển Lơgic mờ coi mặt ứng dụng lý thuyết tập mờ để xử lý giá trị giới thực cho toán phức tạp” Người ta hay nhầm lẫn mức độ với xác suất Tuy nhiên, hai khái niệm khác hẳn nhau; độ đắn lôgic mờ biểu diễn độ liên thuộc với tập định nghĩa không rõ ràng, khả xảy biến cố hay điều kiện nào Để minh họa khác biệt, xét tình sau: Bảo đứng ngơi nhà có hai phịng thơng nhau: phịng bếp phịng ăn Trong nhiều trường hợp, trạng thái Bảo tập hợp gồm thứ "ở bếp" hoàn toàn đơn giản: "trong bếp" "không bếp" Nhưng Bảo đứng cửa nối hai phòng sao? Anh ta coi "có phần bếp" Việc định lượng trạng thái "một phần" cho quan hệ liên thuộc tập mờ Chẳng hạn, Bảo thò ngón chân vào phịng ăn, ta nói rằng Bảo "trong bếp" đến 99% phòng ăn 1% Một đứng cửa khơng có biến cố (ví dụ đồng xu tung lên) định rằng Bảo hồn tồn "ở bếp" hay hồn tồn "khơng bếp" Các tập mờ đặt sở định nghĩa mờ tập hợp dựa ngẫu nhiên Lôgic mờ cho phép độ liên thuộc có giá trị khoảng đóng và 1, và hình thức ngơn từ, khái niệm không chính xác "hơi hơi", "gần như", "khá là" và "rất" Cụ thể, cho phép quan hệ thành viên không đầy đủ thành viên tập hợp Tính chất này có liên quan đến tập mờ lý thuyết xác suất Lôgic mờ đưa lần đầu vào năm 1965 GS Lotfi Zadeh Đại học California, Berkeley Trang an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình Sơ đồ khối điều khiển mờ dựa lý thuyết điều khiển vịng kín – [1],[2] Cấu trúc chung điều khiển mờ gồm khối: Khối mờ hoá, khối hợp thành, khối luật mờ khối giải mờ Mờ hóa việc định nghĩa biến ngôn ngữ vào/ra bao gồm số tập mờ dạng hàm liên thuộc chúng.Khối hợp thành khối luật mờ não điều khiển mờ cho phép mối quan hệ, đầu vào và đầu thay đổi dựa thành phần luật mờ xây dựng dựa vào kinh nghiệm người thiết kế Giải mờ là trình xác định giá trị rõ chấp nhận từ hàm liên thuộc giá trị mờ (tập mờ) 2.1.3.1 Tập mờ Tập mờ A nằm tập sở X tập hợp có đặc điểm phần tử có cặp giá trị (x,𝜇𝐴 (𝑥)) , x ∈ 𝑋 𝜇𝐴 (𝑥 ): 𝑋 → [0, 1] (1) 𝜇𝐴 (𝑥 ) gọi hàm thành viên giá trị hàm thành viên bằng một, x phụ thuộc hồn tồn vào tập mờ Nếu giá trị khơng x không phụ thuộc vào tập Nếu mức độ thành viên nằm 1, x thành phần tập mờ: Trang an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 𝑥 𝑡ℎ𝑢ộ𝑐 𝐴 ℎ𝑜à𝑛 𝑡𝑜à𝑛 𝜇𝐴 (𝑥 ) { 𝑥 𝑡ℎ𝑢ộ𝑐 𝑚ộ𝑡 𝑝ℎầ𝑛 𝑐ủ𝑎 𝐴 𝑥 ℎ𝑜à𝑛 𝑡𝑜à𝑛 𝑘ℎơ𝑛𝑔 𝑡ℎ𝑢ộ𝑐 𝐴 Ví dụ nhiệt độ logic có hai trường hợp nóng và lạnh Nhưng thực tế có thêm trường hợp lạnh - lạnh - lạnh - ấm - nóng - nóng Hình Ví dụ tập mờ Để biểu diễn tập mờ có loại: biểu diễn liên tục hình 2.6 biểu diễn rời rạc Một số dạng hàm liên thuộc logic mờ – [19]: • Triangle MFs (hình tam giác) 𝑓(𝑥; 𝑎, 𝑏, 𝑐 ) 0, 𝑥−𝑎 , 𝑎 = 𝑏𝑐 − −𝑥 , 𝑐−𝑏 { 0, 𝑥≤𝑎 (2) 𝑎≤𝑥≤𝑏 𝑏≤𝑥≤𝑐 𝑐≤𝑥 } Trang an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THÚT Hình Triangular MF • Trapezoidal MFs 𝑓(𝑥; 𝑎, 𝑏, 𝑐 ) 0, 𝑥−𝑎 , 𝑏 − 𝑎 = 𝑐−𝑥 , 𝑐−𝑏 { 0, (3) 𝑥≤𝑎 𝑎≤𝑥≤𝑏 𝑏≤𝑥≤𝑐 𝑐≤𝑥 } Hình Trapezoidal MF Trang an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Gaussian MFs gaussian(x; c, σ) = 𝑒 𝑥−𝑐 − 2( 𝜎 ) (4) Hình Gaussian MF • Generalised bell MFs 𝐛𝐞𝐥𝐥(𝒙; 𝒂, 𝒃, 𝒄) = 𝟏 (5) 𝒙−𝒄 𝟐𝒃 𝟏+| 𝒂 | Hình Bell MF Trang 10 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Signmoid MFs sig(𝑥; 𝑎, 𝑐) = + 𝑒𝑥𝑝−𝑎(𝑥−𝑐) (6) Hình Signmoid MF Định nghĩa chiều cao ∝ cắt tập mờ − Chiều cao Chiều cao tập mờ A mức độ thành viên cao phần tử A: ℎ𝑔𝑡 (𝐴) = sup 𝜇𝐴(𝑥) (7) 𝑥∈𝑋 Trong miền rời rạc X, phần lớn (supremum) trở thành cực đại và chiều cao mức độ thành viên lớn với x∈X Trang 11 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 10 Chiều cao tập mờ A − ∝ cut strong ⍺-cut Có nhiều phương pháp định nghĩa tập (hay biểu diễn máy tính): thơng qua mơ tả giải tích hàm thành viên μA(x) = f(x), thành danh mục miền thành phần mức độ thành viên hay dùng toán tử α-cuts α-cut 𝐴∝ tập mờ A tập crisp vũ trụ X có tất phần tử có mức độ thành viên lớn hay bằng α: 𝐴∝ = {𝑥|𝜇𝐴 (𝑥 ) ≥ 𝑎 }, ∝∈ [0, 1] (8) 𝐴∝+ = {𝑥|𝜇𝐴 (𝑥 ) > 𝑎}, ∝∈ [0, 1] (9) strong ⍺-cut Ví dụ : 𝐴∝ = [𝑎, 𝑏] 𝐴∝+ = (𝑎, 𝑏) Trang 12 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 11 ⍺-cut strong ⍺-cut • Tập mờ Normal Tập mờ A nằm tập sở X gọi Normal Fuzzy Set 𝐴(𝑥)là tập lồi (a convex set) chiều cao A(x)=1 Tập mờ định nghĩa Rn lồi (convex) có tập α-cuts tập lồi 2.1.3.2 Các phép tốn tập mờ Phần giới thiệu định nghĩa Zadeh vể phép giao mờ (fuzzy intersection), phép hội (union) phép bù (complement) • Phép bù (Complement) Gọi A tập mờ X Phần phụ A tập mờ, gọi tập mờ 𝐴̅ , cho với x∈X: 𝜇𝐴̅ (𝑥 ) = − 𝜇𝐴 (𝑥 ) (10) Hình 12 Tập mờ phần bù theo hàm thành viên Trang 13 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Hội (Union) Hội tập mờ (Union of Fuzzy Sets) Gọi A B hai tập mờ X Phép giao (union) A B tập mờ C, định nghĩa là C = A ∪ B, cho phần tử x∈X 𝜇𝐶 (𝑥 ) = 𝑚𝑎𝑥 [𝜇𝐴 (𝑥 ), 𝜇𝐵 (𝑥 )] (11) Một số S- norm thường dùng là: ▪ Standard Intersection 𝑠(𝜇𝐴(𝑥) , 𝜇𝐵(𝑥) ) = 𝑚𝑎𝑥(𝜇𝐴(𝑥) , 𝜇𝐵(𝑥) ) ▪ Algebraic Sum 𝑠(𝜇𝐴(𝑥) , 𝜇𝐵(𝑥) ) = 𝜇𝐴(𝑥) + 𝜇𝐵(𝑥) − 𝜇𝐴(𝑥) 𝜇𝐵(𝑥) ▪ (12) (13) Bounded Sum 𝑠(𝜇𝐴(𝑥) , 𝜇𝐵(𝑥) ) = 𝑚𝑖𝑛(1, 𝜇𝐴(𝑥) +𝜇𝐵(𝑥) ) (14) Hình 13 Phép hội mờ A ∪ B hàm thành viên • Intersection (t-norm) t-norm T (t-Norm/Phép giao mờ) t-norm T toán tử nhị phân khoảng đơn vị thỏa mãn tiên đề sau (axioms) với a, b, c ∈ [0, 1] (Klir and Yuan, 1995): T (a, 1) = a (điều kiện biên), b ≤ c dẫn đến T (a, b) ≤ T (a, c) (tính đơn điệu) T (a, b) = T (b, a) (tính giao hốn), T (a, T (b, c)) = T (T (a, b), c) (tính phân bố) Trang 14 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Một số t-norms thường dùng là: ▪ Standard Intersection (Phép giao chuẩn) 𝑡(𝜇𝐴(𝑥) , 𝜇𝐵(𝑥) ) = 𝑚𝑖𝑛(𝜇𝐴(𝑥) , 𝜇𝐵(𝑥) ) ▪ (15) Algebraic Product (Tích đại số) 𝑡(𝜇𝐴(𝑥) , 𝜇𝐵(𝑥) ) = 𝜇𝐴(𝑥) 𝜇𝐵(𝑥) ▪ (16) Bounded Difference (Phép giao Łukasiewicz) 𝑡(𝜇𝐴(𝑥) , 𝜇𝐵(𝑥) ) = 𝑚𝑎𝑥(0, 𝜇𝐴(𝑥) +𝜇𝐵(𝑥) − 1) (17) Hình 14 Một số t-norms thường dùng hàm thành viên 2.1.3.3 Quan hệ mờ Cho hai tập sở X Y 𝑋 × 𝑌 = {(𝑥, 𝑦)|𝑥 ∈ 𝑋 𝑣à 𝑦 ∈ 𝑌} (18) Chú ý 𝑋 ≠ 𝑌 →𝑋×𝑌 ≠ 𝑌×𝑋 Quan hệ tập sở X Y 𝑅(𝑥, 𝑦) ∈ 𝑋 × 𝑌 (19) Nếu có tập sở : 𝑋1, 𝑋2, …, 𝑋𝑛 𝑋1 × 𝑋2 ⋯ 𝑋𝑛 = {𝑥1 , 𝑥2 , ⋯ , 𝑥𝑛 |𝑥𝑖 ∈ 𝑋𝑖 , 𝑖 = 1,2, ⋯ , 𝑛} (20) Trang 15 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Cho hai tập mờ 𝑋 = {𝑥1 , 𝑥2 , 𝑥2 } 𝑌 = {𝑦1 , 𝑦2 , 𝑦2 } X×Y ={(x1,y1), (x1,y2), (x1,y3), (x2,y1), (x2,y2), (x2,y3), (x3, y1), (x3, y2), (x3, y3)} Giả sử X×Y có x1 y2 x2 y2 Ta có R(X,Y)={(x1,y2), (x2,y2)} 𝑦1 𝑦2 𝑦3 R(x, z) = 𝑥1 𝑥2 [0 0] 𝑥3 0 Khi 1, 𝑘ℎ𝑖(x𝑖 , y𝑗 ) ∈ R(X, Y) (21) 0, 𝑐á𝑐 𝑡𝑟ườ𝑛𝑔 ℎợ𝑝 𝑐ò𝑛 𝑙ạ𝑖 Nếu 𝑅(𝑥𝑖 , 𝑦𝑗 ) ∈ [0,1] R(X,Y) quan hệ rõ quan hệ mờ R(𝑋𝑖 , Y𝑗 ) = { (Fuzzy relation) Quan hệ mờ tập mờ tích Cartesian X1×X2×· · ·×Xn Mức độ thành viên biểu diễn mức tương quan phần tử miền Xi khác Quan hệ mờ bậc n ánh xạ: R: X1×X2×···×Xn → [0, 1] (22) Qui định mức độ thành viên cặp (x1, x2, , xn) tích Cartesian X1×X2×· · ·×Xn Trên máy tính, R thường biểu diễn dùng dãy n chiều: R = [ri1,i2, ,in] 2.1.3.4 Tổ hợp quan hệ Tổ hợp định nghĩa (Zadeh, 1973) sau: giả sử tồn quan hệ mờ R X × Y A tập mờ X Thì tập mờ B Y suy từ A thông qua tổ hợp A R: B=A◦R (23) Từ ta biểu diễn quan hệ R(x,z) sau: 𝑅(𝑥, 𝑧) = (𝑃°𝑄 )(𝑥, 𝑧) = max 𝑚𝑖𝑛[𝑃(𝑥, 𝑦), 𝑄(𝑦, 𝑧)] 𝑦∈𝑌 (24) Trang 16 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 0.4 Ví dụ: 𝑃(𝑥, 𝑦) = [0.1 0.3 0.5 0.7 0.6 0.1 09 0.8 ] 𝑄(𝑦, 𝑧) = [ 0.9 0.3 0.6 0.9 0.9] 0.5 Tìm R(x,z)= (𝑃°𝑄 )(𝑥, 𝑧) Phép nhân hai ma trận : [ A 𝐶 𝐵 𝐸 ][ 𝐷 𝐼 𝐴×𝐸+𝐵×𝐼 𝐴×𝐹+𝐵×𝑍 𝐹 ]=[ ] 𝑍 𝐶×𝐸+𝐷×𝐼 𝐶×𝐹+𝐷×𝑍 𝑧1 𝑧2 𝑧3 𝑥1 0.9 0.9 0.5 R(x, z) = 𝑥2 [0.8 0.8 0.7] 𝑥3 0.9 0.9 0.6 (25) Hình 15 Tính giá trị cho vị trí hàng x1 cột z1 2.1.3.5 Mơ hình dạng ngơn ngữ Mơ hình mờ dạng ngơn ngữ (Zadeh, 1973; Mamdani, 1977) trình bày nhằm nắm kiến thức định tính theo dạng luật nếu-thì: Ri Nếu x Ai y Bi, i= 1, 2,…,K (26) Biến vào x (tiền đề) gọi biến ngôn ngữ (linguistic variable), hệ Ai thừa số ngôn ngữ (nhãn) (linguistic terms-labels) Tương tự, hệ ngõ y biến ngôn ngữ Bi thừa số hệ dạng ngôn ngữ Các giá trị x(y) thường tập mờ, số thực trường hợp đặc biệt tập mờ (tập singleton), nên biến có giá trị thực (vector) Thừa số ngôn ngữ Ai(Bi) luôn tập mờ.Thừa số ngơn ngữ xem giá trị định tính (information granulae) dùng để mô tả quan hệ đặc thù luật ngơn ngữ Thường tập N thừa số ngôn ngữ A = {A1,A2, ,AN} định nghĩa miền biến x Do biến giả định giá trị ngôn ngữ, nên gọi biến ngôn ngữ Nhằm phân biệt biến ngôn ngữ biến gốc dạng số, nên biến sau gọi biến (base variable) Trang 17 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Biến ngôn ngữ L định nghĩa là tập gồm năm giá trị (quintuple: Klir and Yuan, 1995): L = (x, A, X, g, m) (27) Trong x là biến (cịn gọi biến ngơn ngữ), A = {A1,A2, ,AN} tập thừa số ngôn ngữ, X miền (vũ trụ hoạt động) x, g luật cú pháp (syntactic rule) nhằm tạo thừa số ngôn ngữ m luật ý nghĩa (semantic rule) nhằm định nghĩa ý nghĩa thừa số ngơn ngữ (tập mờ X) Thí dụ: trình bày thí dụ biến ngơn ngữ “nhiệt độ” với ba thừa số ngơn ngữ “thấp”, “trung bình” và “cao” Biến nhiệt độ có giá trị đơn vị vật lý phù hợp Hình 2.16 Hình 16 Ví dụ biến ngơn ngữ có thừa số ngơn ngữ Ví dụ (Mơ hình ngơn ngữ) Xét mơ hình mờ đơn giản mơ tả định tính cơng suất nhiệt đốt gas phụ thuộc vào lượng oxy cung cấp (giả sử lượng gas cung cấp không đổi) Ngõ vào dạng vô hướng là lưu tốc oxy (x), và ngõ vô hướng công Trang 18 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT suất nhiệt (y) Định nghĩa tập thừa số tiền đề ngôn ngữ: A = {Thấp, ,OK, Cao}, tập thừa số ngôn ngữ hệ quả: B = {Thấp, Cao} Quan hệ định tính mơ hình vào biểu diễn dùng luật sau: R1: Nếu lưu tốc O2 Thấp cơng suất nhiệt Thấp R2: Nếu lưu tốc O2 OK cơng suất nhiệt Cao R3 Nếu lưu tốc O2 Cao cơng suất nhiệt Thấp 2.1.3.6 Suy diễn từ mơ hình ngơn ngữ Suy diễn từ biến ngôn ngữ hệ dùng luật mờ trình tìm tập mờ ngõ theo luật tập tín hiệu vào Cơ chế suy diễn mơ hình ngơn ngữ dùng sở luật suy diễn tổ hợp (compositional rule of inference: Zadeh, 1973) Mỗi luật (2.1.3.6) xem quan hệ mờ (các giới hạn mờ xuất đồng thời giá trị x y): R: (X × Y ) → [0, 1] tính từ: μR(x, y) = I(μA(x), μB(y)) (28) Chỉ số i bỏ qua cho ý niệm dễ dàng Tốn tử I hàm ý mờ (fuzzy implication) toán tử kết thợp (conjunction) (dạng t-norm) Hàm ý mờ (Fuzzy implications) xem hàm ý: Ai → Bi, thí dụ “Ai hàm ý Bi” Trong phép logic cổ điển điều này có nghĩa là A đúng, B phải phép hàm ý là Không thể nói B A khơng đúng, và quan hệ đảo ngược Khi dùng phép kết nối, A^B, diễn dịch thành luật nếu-thì là “sẽ là A và B đúng” Quan hệ này là đối xứng (khơng có chiều) đảo Thí dụ hàm ý mờ là hàm ý Łukasiewicz cho bởi: 𝐼(𝜇𝐴 (𝑥 ), 𝜇𝐵 (𝑦)) = min(1,1 − 𝜇𝐴 (𝑥 ) + 𝜇𝐵 (𝑦)) (29) Hay hàm ý Kleene–Diene: 𝐼(𝜇𝐴 (𝑥 ), 𝜇𝐵 (𝑦)) = max(1 − 𝜇𝐴 (𝑥 ), 𝜇𝐵 (𝑦)) (30) Thí dụ t-norms tối thiểu, lúc nào đúng, gọi hàm ý Mamdani I(μA(x), μB(y)) = min(μA(x), μB(y)) (31) Trang 19 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hay trường hợp tích, gọi hàm ý Larsen I(μA(x), μB(y)) = μA(x) · μB(y) (32) Chi tiết hàm ý mờ tham khảo từ (Klir and Yuan, 1995; Lee, 1990a; Lee,1990b; Jager, 1995) Cơ chế suy diễn dựa luật modus ponens tổng quát: Nếu x A y B x là A’ y là B’ Luật nếu-thì vừa cho thực tế là “x là A’ ”, tập mờ B’ tìm từ tổ hợp quan hệ max-t (Klir Yuan, 1995): B’ = A’ ◦ R (33) Trường hợp t-norm tối thiểu, có tổ hợp max-min: 𝜇𝐵, = max min(𝜇𝐴, (𝑥 ), 𝜇𝐵, (𝑦)) 𝑋 𝑋,𝑌 (34) Toàn luật biểu diễn bằng cách gộp quan hệ Ri luật vào quan hệ mờ Nếu Ri biểu diễn hàm ý, R tìm từ tốn tử giao: 𝐾 (35) 𝑅 = ⋂ 𝑅𝑖 𝑡ứ𝑐 𝑙à 𝜇𝑅 (𝑥, 𝑦) = 𝜇𝑅𝑖 (𝑥, 𝑦) 1≤𝑖≤𝐾 𝑖=1 Nếu I t-norm, quan hệ gộp R tính từ phép hội luật quan hệ mờ Ri: 𝐾 (36) 𝑅 = ⋃ 𝑅𝑖 𝑡ứ𝑐 𝑙à 𝜇𝑅 (𝑥, 𝑦) = max 𝜇𝑅𝑖 (𝑥, 𝑦) 1≤𝑖≤𝐾 𝑖=1 2.1.3.7 Suy diễn Max-min Ta thấy luật biểu diễn quan hệ mờ Ngõ luật tính từ tổ hợp quan hệ max-min Chứng minh dùng fuzzy implications với ngõ vào crisp, dùng t-norms có ngõ vào crisp mờ, sơ đồ suy diễn đơn giản hóa, dùng phép tốn quan hệ (Jager, 1995) Điều có lợi, tránh việc rời rạc hóa miền việc lưu trữ quan hệ R Trường hợp t-norm, việc đơn giản Trang 20 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT hóa đưa đến dạng sơ đồ tiếng, gọi max-min hay phép suy diễn Mamdani, phần trình bày Giả sử giá trị mờ vào x = A’, và ngõ B’ cho tổ hợp quan hệ: 𝜇𝐵, (𝑦) = max(𝜇𝐴, (𝑥 )^𝜇𝑅 (𝑥, 𝑦)) 𝑋 (37) Quan hệ gộp R tính từ phép hội Sau μR(x, y) từ quan hệ gộp R tính từ phép hội có được: 𝜇𝐵, (𝑦) = max (𝜇𝐴, (𝑥 )^ max [𝜇𝐴𝑖 (𝑥 )^𝜇𝐵𝑖 (𝑦)]) 𝑋 (38) 1≤𝑖≤𝐾 Gọi βi = maxX[μA’(x) ^ μAi(x)] mức hoàn thành (degree of fulfillment) luật tiền đề thứ i Tập mờ mơ hình ngơn ngữ là: 𝜇𝐵, (𝑦) = max (𝛽𝑖 ^𝜇𝑩𝒊 (𝑦)) 1≤𝑖≤𝐾 𝑦∈𝑌 (39) Suy diễn max-min (Mamdani) Tính mức hồn thành luật dùng : βi = maxX[μA’(x) ^ μAi(x)], ≤ i ≤ K Chú ý tập singleton (μA’ (x) = với x = x0 and μA’ (x) = trường hợp khác) βi đơn giản thành βi = μAi(x0) Tìm tập mờ 𝐵𝑖, 𝜇𝐵, 𝑖 (𝑦) = 𝛽𝑖 ^𝜇𝐵𝑖 (𝑦), 𝑦 ∈ 𝑌 ≤ 𝑖 ≤ 𝐾 (40) Tính gộp tập mờ 𝐵𝑖, : 𝜇𝐵, (𝑦) = max 𝜇𝐵, 𝑖 (𝑦) 1≤𝑖≤𝐾 𝑦∈𝑌 (41) 2.1.3.8 Giải mờ Kết suy diễn mờ tập mờ B’ Nếu giá trị dạng crisp (dạng số học), cần có giá trị ngõ ra, tập mờ cần giải mờ (defuzzified) Giải mờ biến đổi nhằm thay tập mờ bằng giá trị số học biểu diễn tập Hình 3.9 vẽ hai phương pháp giải mờ thường dùng là: trọng tâm (center of gravity: COG) trung bình cực đại (mean of maxima:MOM) Phương pháp COG tính toán số học tọa độ y trọng tâm tập mờ B’ (42) ∑𝐹𝑗=1 𝜇𝐵, (𝑦𝑗 )𝑦𝑗 , , 𝑦 = 𝑐𝑜𝑔(𝐵 ) = 𝐹 ∑𝑗=1 𝜇𝐵, (𝑦𝑗 ) Trang 21 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong F là số phần tử yj Y Miền liên tục Y cần rời rạc hóa để tính trọng tâm Phương pháp MOM tính giá trị trung bình khoảng dùng mức thành viên lớn nhất: (43) 𝑚𝑜𝑚(𝐵, ) = 𝑐𝑜𝑔 {𝑦|𝜇 , (𝑦) = max 𝜇 , (𝑦) } 𝐵 𝑦∈𝑌 𝐵 Phương pháp COG dùng cho phép suy diễn max-min Mamdani, cung cấp phép nội suy hệ quả, tỉ lệ theo chiều hệ Điều cần thiết tự thân phương pháp suy diễn Mamdani không nội suy, việc dùng phương pháp MOM trường hợp tạo ngõ dạng bước (step-wise) Phương pháp MOM dùng với phép suy diễn có dùng hàm ý mờ (fuzzy implications), nhằm chọn ngõ “tốt có thể” Suy diễn dùng nội suy hàm ý, cung cấp tập hệ đủ trùng lắp (Jager, 1995) Không dùng trực tiếp phương pháp COG trường hợp này, yếu tố bất định ngõ làm gia tăng mức thành viên, để tránh tích phân số phương pháp COG, thường dùng phương pháp cải tiến gọi giải mờ dùng phương pháp trung bình mờ (fuzzy-mean) Tập hệ mờ giải mờ đầu tiên, nhằm tìm đươc giá trị crisp biểu diễn tập mờ, thí dụ dùng phương pháp trung bình-cực đại bj = mom(Bj) Giá trị crisp tính từ trung bình trọng lượng bj: ∑𝑀 (44) 𝑗=1 𝜔𝑖 𝑏𝑗 , , 𝑦 = 𝑐𝑜𝑔(𝐵 ) = 𝑀 ∑𝑗=1 𝜔𝑖 Trong M là số tập mờ Bj và ωj là cực đại mức hoàn thành βi luật có hệ Bj Để tính gộp tập mờ B’, tính ωj dùng ω j = μB’ (bj) Phương pháp bảo đãm tính nội suy tuyến tính bj, với hàm thành viên tiền đề tuyến tính hóa đoạn Điều không giống trường hợp phương pháp COG, có tạo yếu tố phi tuyến, tùy theo dạng hàm hệ (Jager, et al., 1992) Từ việc giải mờ riêng lẽ thực ngoại tuyến (off line), yếu tố hình dáng trùng lắp tập mờ hệ khơng tạo ảnh hưởng, nên thay trực tiếp bằng giá trị giải mờ (singletons) 2.2 Mạng DeviceNet Mạng truyền thông DeviceNet giới thiệu vào năm 1994 hãng AllenBradley DeviceNet hệ thống bus phát triển dựa sở CAN, dùng để kết nối thiết bị cấu chấp hành mở rộng I/O Devicenet có phương thức giao tiếp điểm- điểm (Peer to Peer) chủ tớ (Master/Slave) – [6] Trang 22 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 17 Mơ hình kết nối thiết bị qua DeviceNet Mỗi mạng Devicenet cho phép nối tối đa 64 node và gắn địa từ 063 Devicenet có cấu trúc mạng kiểu đường trục/ đường nhánh Đường trục là xương sống mạng (backbone) phải kết thúc với trở đầu cuối 120 Ohm, 0.25W Các đường nhánh để kết nối nút mạng với đường trục có chiều dài tối đa là 6m Ba tốc độ truyền qui định là 125 Kbit/s, 250 Kbit/s, 500 Kbit/s tương ứng với chiều dài tối đa đường trục 500 m, 250 m 100m Mỗi thiết bị cấu hình mạng deviceNet gán địa (0-63) Việc đặt địa cho phép master scanner quản lý dễ dàng Mỗi thiết bị sau cấu hình cung cấp vùng nhớ, CPU thông qua vùng nhớ này để điều khiển hoạt động trạm thiết bị theo yêu cầu Việc thực cấu hình mạng DeviceNet với scanner thuộc hãng Rockwell Automation thực phần mềm RSnetworx for DeviceNet (Hình 2.35-2.36) Để lập trình, điều khiển, giám sát thiết bị qua mạng DeviceNet điều trước tiên phải cấu hình mạng DeviceNet Việc cấu hình mạng DeviceNet thực theo bước sau: - Thiết lập cấu hình DeviceNet - Khai báo phần cứng mạng DeviceNet dùng RSlogix 5000 - Nhận diện mạng DeviceNet - Viết chương trình RSLogix 5000 - Download, chạy thử kiểm tra truyền thông Trang 23 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Cấu hình mạng hệ thống Hình 18 Cấu hình master scanner 2.3 Mạng ControlNet Mạng ControlNet mạng điều khiển mở đáp ứng ứng dụng thời gian thực với tốc độ truyền cao Khả truyền liệu này làm tăng hiệu hoạt động I/O truyền thông ngang hàng ứng dụng hay hệ thống Mạng ControlNet cho phép trao đổi liệu cao mạng DeviceNet – [5] ControlNet cho phép liên kết nhiều điều khiển liên kết để chia sẻ đầu vào kiểm sốt đầu riêng ControlNet cho phép trao đổi liệu lớn có việc download và upload chương trình, liệu truyền qua đường dây cáp đồng trục, truyền thông tốc độ cao (5Mbps) Cho phép truyền thơng dự phịng bằng phần cứng phần mềm, cho phép liên kết 99 node với nhiều loại thiết bị khác Người lập trình sử dụng phần mềm RSLinx để cấu hình giao tiếp máy tính và điều khiển thơng qua module ControlLogix EtherNet/IP( 1756-EN2T) Mạng controlnet thường sử dụng theo trường hợp: Là mạng mặt định cho tảng controllogix Trang 24 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Là mạng xương sống cho nhiều mạng devicenet phân phối hệ thống Là mạng lưới kết nối thiết bị ngang hàng Hình 19 Mạng controlnet Cấu hình trạm controlNet Sau thiết lập kết nối phần cứng thiết bị trạm controlNet phải tiến hành thiết lập cấu hình mạng phần mềm để thiết bị mạng tìm thấy giao tiếp với thông qua địa mạng thiết bị Hình 20 File scanlist phần mềm RSNetWorx for Controlnet Trang 25 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.4 Mạng EtherNet Ngày EtherNet công nghệ truyền thông phổ biến nhà máy công nghiệp, công nghệ mạng cục (LAN) nhằm chuyển thông tin máy tính, thiết bị cơng nghiệp với tốc độ từ 10Mbit/s đến 10Gbit/s Ngày nay, có nhiều công nghệ mạng LAN đời Ethernet công nghệ sử dụng nhiều Năm 1994, ước tính có khoảng 40 triệu nút Ethernet sử dụng tồn cầu Như chuẩn cơng nghiệp khác, cáp đóng vai trị quan trọng cho chất lượng tín hiệu và đường truyền Tùy theo điều kiện mơi trường làm việc gia đình, văn phịng, xí nghiệp có nhiều tín hiệu nhiễu điện từ, điều kiện khắc nghiệp( độ ẩm, bụi bẩn, hóa chất) mà ta chọn loại cáp cho phù hợp, góp phần quan trọng triển khai vận hành hệ thống mạng Mạng Ethernet công nghiệp mạng phục vụ cho cấp quản lý cấp phân xưởng để thực truyền thơng máy tính hệ thống tự động hố Nó phục vụ cho việc trao đổi lượng thông tin lớn, truyền thông phạm vi rộng Các xử lý truyền thông dùng mạng ln kiểm tra xem đường dẫn có bị chiếm dụng khơng Mạng Ethernet Rockwell Automation có tính chất đặc trưng sau – [7]: − Mạng Ethernet công nghiệp sử dụng thủ tục truyền thông ISO TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) − Theo phương pháp thâm nhập đường dẫn chọn CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detecion) thành viên mạng Ethernet cơng nghiệp bình đẳng với − Theo tiêu chuẩn truyền thơng ISO ISO on TCP Ethernet cơng nghiệp mạng truyền thông mở − Số lượng trạm tối đa là 1024 trạm Switch thiết bị quan trọng hệ thống mạng Ethernet, sử dụng để kết nối thiết bị mạng Switch chia thành loại: Managed Switch Unmanaged Switch Nhìn chung, với mạng Ethernet công nghiệp, Managed Switch lựa chọn tốt nhiều so với Unmanaged Switch Không tốt cho hiệu suất mạng mà cho việc vận hành, bảo trì khắc phục cố sau Trang 26 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Khai báo sử dụng mạng EtherNet Trước khai báo mạng EtherNet phải đặt địa mạng Cũng tương tự mạng DeviceNet ControlNet, trạm mạng phải có địa mạng (node mạng) Mạng EtherNet sử dụng địa IP để xác định node mạng hệ thống Hình 21 Ví dụ địa trạm mạng EtherNet Trước truyền thông với qua mạng EtherNet, CPU phải khai báo cấu hình để thiết lập kênh truyền thơng q trình truyền nhận liệu Hình 2.22 trình bày cách khai báo cấu hình để CPU có địa IP 192.168.1.31 trao đổi liệu Trang 27 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 22 Khai báo cấu hình 2.5 Biến tần Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều tần số này thành dịng điện xoay chiều tần số khác điều chỉnh Nguyên lý làm việc biến tần: Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều pha hay pha chỉnh lưu và lọc thành nguồn chiều bằng phẳng Công đoạn này thực chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi hệ biến tần có giá trị khơng phụ thuộc vào tải và có giá trị ít 0.96 Điện áp chiều này biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều pha đối xứng Công đoạn này thực thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn nay, tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn và giảm tổn thất lõi sắt động Hệ thống điện áp xoay chiều pha đầu thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo điều khiển Theo lý thuyết, tần số và điện áp có quy luật định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mơ men khơng đổi, tỉ số điện áp tần số là không đổi Để điều khiển tốc độ động AC biến tần là lựa chọn phổ biến với nhiều tính ưu việt tăng hiệu suất động cơ, giảm dòng khởi động, giảm sốc khí và tiết kiệm điện Ngày biến tần có tích hợp PID thích hợp với nhiều chuẩn truyền thơng khác nhau, phù hợp cho việc điều khiển giám sát hệ thống SCADA Trang 28 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Điện áp/ tần số cố định Bộ lọc Chỉnh lưu Bộ lọc DC Nghịch lưu IGBT Điện áp/ tần số biến thiên Motor Hình 23 Nguyên lý hoạt động biến tần Mạch chỉnh lưu: nguồn điện xoay chiều pha hay pha chỉnh lưu và lọc thành nguồn chiều bằng phẳng Công đoạn này thực chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi hệ biến tần có giá trị khơng phụ thuộc vào tải và có giá trị ít 0.96 Tụ điện nắn phẳng: Hoạt động để nắn phẳng điện áp chiều chuyển đổi qua mạch chỉnh lưu Mạch nghịch lưu: Được sử dụng để xuất điện áp xoay chiều pha đối xứng từ điện áp chiều Được sử dụng để cấp điện áp/tần số biến thiên tạo cho động Sử dụng phận đóng cắt bán dẫn (IGBT phận tương tự) bật tắt 2.6 Chuẩn IEEE 754 Ngõ vào Analog Input biến tần PowerFlex 700s để đọc áp suất theo chuẩn IEEE 754 – [18] Thuật ngữ dấu phẩy động xuất phát từ chỗ hệ thống dấu phẩy động có dấu phẩy số (tức dấu phẩy thập phân trường hợp dùng hệ thập phân thường ngày dấu phẩy nhị phân trường hợp dùng bên máy tính) khơng cố định mà thay đổi vị trí đâu chữ số có nghĩa số cần biểu diễn Vị trí này mô tả cách độc lập biểu diễn cụ thể số Đã có nhiều hệ thống dấu phẩy động khác dùng máy tính Tuy nhiên, vào khoảng hai mươi năm trở lại hầu hết máy tính dùng cách biểu diễn tuân thủ theo chuẩn IEEE 754 Hiệp hội IEEE chuẩn hóa cho việc biểu diễn số dấu phẩy động nhị phân máy tính bằng cách đưa chuẩn IEEE 754 Ngày hầu hết máy tính tuân thủ theo chuẩn Trang 29 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT bit s bit e 23 bit m s bit dấu e mã excess phần mũ E (E = e -127, số 127 là độ lệch bias) m phần lẻ phần định trị M (M = 1.m) Công thức xác định giá trị số thực sau: 𝑋 = (−1)𝑠 × (1 + 𝑚) × 𝑒 𝑒−127 (45) Ví dụ 0100 0011 0101 0100 0000 0000 0000 0000 1000 0110 1010 1000 0000 0000 0000 0000 Bit dấu Phần nguyên Phần thập phân (1000 0110)2 = × + × + × 22 +0 × 23 + ⋯ + × 27 = 134 𝑒 = 134 − 127 = 𝑚 = (1010 1000 0000 0000 0000 0000)2 = × 2−1 + × 2−2 + × 2−3 + ⋯ + × 2−23 = 0.65625 𝑋 = (−1)0 + (1 + 0.65625) + 27 = 212 2.7 Giải pháp dự phòng dựa chương trình chuyển mạch tự động Giải pháp dự phịng dựa chương trình chuyển mạch tự động (software output switching) – [14], giải pháp công nghệ sử dụng chương trình lập trình hai CPU Controllogix để đảm bảo hệ thống hoạt động bình thường CPU Controllogix xãy cố trình hoạt động hệ thống Giải pháp công nghệ chuyển quyền điều khiển đến CPU thứ hai CPU gặp vấn đề sau đây: • • • Lỗi khắc phục (major faul) CPU chế độ program mode Mất nguồn Trang 30 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Để chuyển đổi quyền điều khiển từ CPU đến CPU khác CPU phải lập trình để thực cơng việc sau: • Quan sát trạng thái CPU lại (peer CPU) kiểm tra ba điều kiện sau đây: Vị trí khóa peer CPU Vị trí mode peer CPU Khơng có lỗi kết nối CPU • Duy trì cấu hình cho module ngõ Một CPU thiết lập kết nối đến module ngõ và điều khiển ngõ CPU cịn lại sử dụng chương trình lập trình để ngắt kết nối (inhibit) kết nối đến module ngõ Nếu CPU sở hữu kết nối đến module ngõ bị lỗi CPU sử dụng chương trình lập trình để ngắt kết nối (inhibit) kết nối đến module ngõ CPU thứ hai thực kết nối lại với module ngõ chiếm quyền điều khiển Trong suốt trình chuyển đổi quyền điều khiển diễn output chuyển sang chế độ fault mode Thời gian trễ Việc chuyển đổi quyền điều khiển từ CPU qua CPU khác không diễn Thời gian trỳ hỗn là vài trăm mili đến vài giây lâu và phụ thuộc vào yếu tố: • • • • Quy mơ hệ thống Số lượng I/O hệ thống Bố trí module ngõ trạm remote hệ thống Loại lỗi Cơng nghệ dự phịng chuyển mạch tự động yêu cầu thiết kế sau đây: • Vị trí CPU Cơng nghệ dự phịng chuyển mạch tự động yêu cầu sử dụng hai CPU Mặt dù hồn tồn sử dụng nhiều hai CPU yếu tố thời gian thực thiết bị phần cứng nên đề tài lựa chọn hai CPU hệ thống Ta đặt CPU hai vị trí sau: Trang 31 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trên chassis (single-chassis configuration) hình 2.24 Hai chassis riêng biệt (dual-chassis configuration) hình 2.25 Hình 24 Phân bố hai CPU chassis Hình 25 Phân bố hai CPU hai chassis riêng biệt Trang 32 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Bố trí I/O Trong thời điểm có CPU sở hữu quyền điều khiển module ngõ nên chương trình CPU thực lệnh cho phép kết nối không kết nối đến module ngõ Remote I/O chứa module ngõ ta ngắt kết nối kết nối với module controlnet remote chassis việc làm ngắt kết nối đến toàn chassis Nếu remote I/O chứa module ngõ vào ngõ ta phải ngắt kết nối kết nối đến module trạm remote • Ngắt kết nối (inhibit) Giải pháp dự phịng dựa chương trình chuyển mạch tự động dựa nguyên lý ngắt kết nối CPU module dùng chung trạm remote I/O (Hình 2.26) CPU cho phép ngắt kết nối cho module nhóm module và ngăn cản điều khiển liên lạc tới module bị ngắt kết nối CPU ngắt kết nối đến module mạng toàn module khác liên kết thông qua module mạng Hình 26 Inhibit liên kết module CPU Trang 33 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Messages Để thực việc lệnh chiếm quyền điều khiển hay ngắt kết nối CPU mạng dự phòng yếu tố tiên phải biết trạng thái CPU lại (peer cpu) hoạt động nào, có xảy vấn đề lỗi hay không, trạng thái mode là Điều này địi hỏi CPU hệ thống phải trao đổi thông tin qua lại với sử dụng thông tin đối tác để đưa định phù hợp với yêu cầu hệ thống, tránh cho hệ thống không hoạt động Với việc thực lệnh message (MSG) RSLogix 5000 ta thực truyền nhận liệu điều khiển ngồi cịn có module I/O giao diện điều khiển Hình 27 Lệnh message ngôn ngữ ladder 2.8 Chuẩn đoán lỗi hệ thống 2.8.1 CPU logix 5000 lỗi nghiêm trọng, lỗi không nghiêm trọng, lỗi I/O Đối với dòng PLC hãng Rockwell Automation CPU xảy lỗi, ta giám sát truy xuất trạng thái lỗi CPU (Hình 2.28) Mỗi loại lỗi xảy tương ứng với mã lỗi cụ thể (Hình 2.29) có mức ảnh hưởng khác hoạt động hệ thống Có nhiều phương pháp để giám sát trạng thái hệ thống lỗi xảy hoạt động để có biện pháp khoanh vùng sửa chữa nhanh chóng hiệu – [10] Lỗi nghiêm trọng (major fault) Nếu lỗi xảy mà ngăn cản hay nhiều câu lệnh chạy chương trình, câu lệnh bị bỏ qua và khơng thực lỗi major fault báo điều khiển chuyển sang chế độ fault mode (đèn led CPU nhấp nháy đỏ) Dựa hệ thống không muốn lỗi major fault làm ảnh hưởng đến trình hoạt động bình thường hệ thống ta tạo chương trình xóa lỗi để loại bỏ lỗi hệ thống hoạt động bình thường Trang 34 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 28 Đèn giám sát trạng thái CPU Hình 29 Thơng báo mã lỗi từ module Trang 35 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Lỗi không nghiêm trọng (minor fault) Minor fault tên gọi chung cho lỗi xảy lỗi CPU báo lỗi hoạt động bình thường lỗi này thường liên quan tới nhiệm vụ kiện trùng lặp, lỗi nhớ CPU, lỗi với serial port, lỗi pin, lỗi chương trình lập trình cho CPU Ta xóa bỏ minor fault bằng cách thực chương trình xóa lỗi Lỗi I/O (I/O fault) I/O fault lỗi liên quan đến phần cứng hệ thống Khi xảy lỗi làm CPU ngừng hoạt động và thường khắc phục lỗi dựa vào người vận hành hệ thống mà khơng thực xóa bỏ dựa chương trình 2.8.2 Truy xuất thiết lập liệu hệ thống CPU Logix5571TM quản lý liệu hệ thống tồn thơng tin hoạt động hệ thống nhớ, trạng thái hoạt động CPU module chức – [8] Để truy xuất thiết lập liệu hệ thống với dịng CPU Logix5571TM ta sử dụng lệnh GSV/SSV (Hình 2.30-2.31) GSV lấy thơng tin định và đặt vào đích đến SSV đặt thuộc tính định với liệu nguồn từ người dùng Khi nhập vào dẫn GSV / SSV, phần mềm lập trình hiển thị lớp đối tượng hợp lệ, tên đối tượng tên thuộc tính cho lệnh Với lệnh GSV, nhận giá trị cho tất thuộc tính Đối với lệnh SSV, Phần mềm hiển thị thuộc tính mà người lập trình thiết lập Hình 30 Lệnh GSV ngơn ngữ ladder Hình 31 Lệnh SSV ngơn ngữ ladder Trang 36 an CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các bước thực truy xuất thiết lập liệu hệ thống Bước 1: Mở phần mềm RSlogix 5000, khai báo thơng tin chương trình cần thiết Bước 2: Chọn lệnh GSV/SSV Bước 3: Tạo biến để chứa thông tin truy vấn hay thiết lập Bước 4: Tùy vào đối tượng muốn truy vấn hay thiết lập mà ta có tùy chọn phù hợp Để thực truy xuất thiết lập liệu hệ thống với đối tượng mong muốn ta dựa vào bảng 2.1 Bảng Lựa chọn cấu hình lệnh dựa vào đối tượng muốn truy xuất Đối tượng truy xuất hay thiết lập Chọn Trục module servo AXIS Tổng thời gian thực hệ thống Thông tin phần cứng CPU CONTROLLER CONTROLLERDEVICE Thời gian phối hợp hệ thống chassis CST Lịch sử lỗi cho CPU FAULTLOG Thuộc tính lệnh message MESSAGE Trạng thái, lỗi, truyền thông, mode module MODULE Nhóm trục MOTIONGROUP Lỗi thời gian quét chương trình Cấu hìn serial port PROGRAM SERIALPORT Đặt tính thời gian nhiệm vụ Thời gian CPU TASK WALLCLOCKTIME Thời gian đồng hóa trạng thái điều khiển TIMESYNCHRONIZE Trang 37 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.1 Thiết kế hệ thống Yêu cầu thiết kế Thiết kế mơ hình thực nghiệm mơ nguyên lý hoạt động hệ thống mạng dự phịng chuẩn đốn lỗi xây dựng dựa nguyên lý tảng lớp mạng controlNet với thiết bị tự động hóa Rockwell Đồng thời thực việc điều khiển ổn định áp suất thông qua hệ thống ổn định áp suất xây dựng trạm remote I/O Khi hệ thống xảy lỗi phải thực dự phòng để đảm bảo áp suất điều chỉnh đến mức mong muốn nhanh chóng đồng thời cảnh báo tượng lỗi xảy với thiết bị (Hình 3.1) Hình Mơ hình mạng dự phịng cảnh báo lỗi Trang 38 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG L1 L2 L3 R S 24V T Brown PowerFlex 700s U V IN1 (-) Blue IN1 (+) Black PSA-01 W Motor Hình Sơ đồ đấu dây cảm biến vào biến tần Trang 39 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.2 Mơ hình ổn định áp suất Biến tần bơm để cấp nước vào bể áp suất, áp suất nước bể đọc bằng cảm biến áp suất (PSA – 01) có tầm đo từ đến 100kpa, tín hiệu 1-5 Volt DC cảm biến hồi tiếp module analog input tích hợp biến tần để đưa tín hiệu áp suất CPU Tín hiệu này sử dụng là đầu vào điều khiển để tính tốn giá trị điều khiển đưa xuống biến tần để ổn định áp suất bể Hình 3 Mơ hình ổn định áp suất Trang 40 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.3 Lựa chọn thiết bị 3.3.1 CPU 1756-L71 Là điều khiển lập trình tiêu chuẩn thuộc lớp controllogix hãng Rockwell automation Hình Controller 1756-L71 Bảng Thông số 1756-l71 [9] Controller tasks Continuous, Periodic, Event 32 tasks 100 chương trình / tasks Bộ nhớ 2MB Tích hợp truyền thơng port USB Trang 41 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG Kết nối truyền thơng EtherNet/IP, ControlNet, DeviceNet, Data Highway PlusTM, Remote I/O, SynchLinkTM, Third-party process and device networks Ngơn ngữ chương trình Relay ladder, Structured tex, Function block, SFC Dự phòng CPU Hỗ trợ tất cơng nghệ dự phịng 3.3.2 Module Controlnet 1756-CNBR Hình Module1756-CNBR 1756-CNBR module controlnet có kênh cho phép kết nối mạng controlnet, nhờ module có chức dự phịng đường truyền Bảng Thông số 1756-CNBR [4] Tốc độ truyền 5Mbps Số node tối đa mạng 99 node Vị trí Bất kỳ slot 1756 chassis Cáp kết nối Cáp đồng trục RG-6 Trang 42 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.3.3 Module DeviceNet 1756-DNB Mạng DeviceNet là mạng lưới cấp thấp, cung cấp kết nối thiết bị công nghiệp đơn giản (như cảm biến và thiết bị truyền động) và thiết bị cấp cao (như điều khiển máy tính) Hình Module 1756-DNB Bảng 3 Thơng số 1756-DNB [4] Thuộc tính Tốc độ giao tiếp Devicenet 1756 DNB 125 Kps (500m Max) 250 Kps (250m Max) 500 Kps (100m Max) Số nút mạng 64 Vị trí Bất kỳ slot 1756 chassis Cáp kết nối Phải kết thúc với trở đầu cuối 120 Ohm, 0.25W Trang 43 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.3.4 Module Ethernet 1756-ENBT Ethernet Công nghiệp là chuẩn công nghiệp, kiểm chứng rộng rãi và chấp nhận toàn giới Mạng khu vực theo chuẩn quốc tế IEEE 802.3 (Ethernet) thiết kế cho môi trường công nghiệp và mở rộng đến cấp thiết bị trường Module 1756-ENBT là module truyền thơng có chức làm cầu nối giao tiếp thiết bị sử dụng giao thức truyền thơng Ethernet hãng Rockwell Automation Hình Module 1756-ENBT Bảng Thông số 1756-ENBT [4] Thuộc tính Tốc độ giao tiếp Ethernet/IP Vị trí Cổng kết nối Ethernet/IP Cáp kết nối 1756 ENBT 10/100Mbps Bất kỳ slot 1756 chassis Ethernet RJ45 Chuẩn IEEE 802.3 Trang 44 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.3.5 Cảm biến áp suất PSA-01 Dùng để đo đạc áp suất cho hệ thống, tuỳ vào hệ thống mà chọn loại áp suất cho phù hợp nhằm giảm sai lệch trình đo đạc Ở nhóm chọn cảm biến áp suất PSA-01 Hình Cảm biến áp suất PSA-01 Bảng Thông số PSA-01 [17] TÊN Độ phân giải cao Có thể chuyển đổi đơn vị áp suất Nhiều chế độ ngõ Ngõ Analog Nguồn cấp Dãi áp suất THÔNG SỐ 1/1000 kPa, kgf/cm², bar, psi, mmHg, mmH2O, inHg Chế độ Hysteresis, chế độ cài đặt độ nhạy tự động, chế độ ngõ độc lập, chế độ ngõ cửa số so sánh 1-5VDC 12-24VDC 0-100Kpa Trang 45 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG Hình Sơ đồ đấu dây cảm biến áp suất Tính áp suất đọc về: Hình 10 Tuyến tính hóa điện áp ngõ cảm biến áp suất Từ tuyến tính hóa điện áp ngõ cảm biến áp suất ta suy ra: 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 = (𝐷𝐴𝑇𝐴 − 0.95) × 20 (5 − 0.95) (46) Trang 46 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.3.6 Biến tần PowerFlex 700s Hình 11 Biến tần PowerFlex 700s Bảng Chức chân tín hiệu TB1 [13] CHÂN TÍN HIỆU Analog Input Comm Analog Input (+/-) Shield Analog Input Comm Analog Input (+/-) Analog Input 3[NTC-] Comm Analog Input [NTC+] Shield MẶC ĐỊNH (Volt) NA MÔ TẢ +/- 10V, 0-20mA Shield (Volt) +/- 10V, 0-20mA (Volt) +/- 10V, 0-20mA NA Shield Trang 47 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG Bảng Chức chân tín hiệu TB2 – [13] CHÂN MẶC ĐỊNH TÍN HIỆU 24V DC Common (-) NA 24V DC Source (+) NA MÔ TẢ Cung cấp nguồn 24V DC, 300mA 24V DC, open collector Digital Output NA Chân com output và output Digital Output 1/2 Com 24V DC, open collector Digital Output Relay Output (NC) Relay Output Com Relay Output (NO) 10 11 12 13 NA Chân chung cho chân Input 1-3 Ngõ vào Sourcing 1224VDC,dòng tải 15mA 24VDC Dòng tải 15mA 24VDC Digital Input 1-3 Com Digital Input Digital Input Digital Input NA Digital Input 4-6 Com 14 Digital Input 15 Digital Input 16 Digital Input Ngõ Relay, 115V AC or 24V DC = A max HW Enable Chân chung cho chân Input 4-6 Ngõ vào Sinking/ Sourcing , dòng 10mA 24VDC 7.5mA 115VAC Trang 48 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.3.7 Màn hình PanelView Plus Panel View Plus với kích thước hình từ – 19 inchs bao gồm dịng hình vng, ứng dụng cho nhà phát triển làm máy, làm tủ điện PanelView Plus standard hỗ trợ kết nối tới Controller, và lên đến 25 màm hình giao diện, 200 cảnh báo Có thể liên kết với dịng PLC logix 5000 bằng phần mềm Factory Talk View Machine Edition (ME) software Rockwell Automation Sử dụng kết nối internet Hình 12 Màn hình panelview plus Trang 49 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 4.1 Yêu cầu điều khiển hệ thống Xây dựng lưu đồ giải thuật, chương trình điều khiển cho giải pháp dự phòng sử dụng chương trình chuyển mạch ngõ ra, điều khiển ổn định hệ thống áp suất xây dựng phần mềm RSlogix 5000 Đồng thời viết chương trình giám sát SCADA để giám sát toàn hoạt động hệ Toàn chương trình phải đảm bảo u cầu sau: • Đảm bảo hệ thống dự phòng trường hợp CPU xảy lỗi, CPU bị chuyển sang chế độ program mode, lỗi nguồn chassis • Đảm bảo thời gian dự phòng hệ thống đáp ứng yêu cầu đối tượng điều khiển • Yêu cầu chương trình phải điều khiển áp suất hệ thống với đáp ứng tốt 4.2 Thiết kế điều khiển FLC Bộ điều khiển FLC thiết kế gồm: ngõ vào: sai lệch e, vào đạo hàm sai lệch de/dt ngõ ra: Out_put • Sai số e: e= {giảm nhanh, giảm nhanh, giảm vừa, bình thường, tăng vừa, tăng nhanh, tăng nhanh} e= {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} Range {-15,15} Đơn vị: kPa Hệ số sai lệch: ConstE Trang 50 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM Hàm liên thuộc ngõ vào sai số biểu diễn sau: Hình Hàm liên thuộc ngõ vào sai số • Đạo hàm: de/dt= {giảm nhanh, giảm nhanh, giảm vừa, bình thường, tăng vừa, tăng nhanh, tăng nhanh} de/dt={ NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB } Range:{-2.5, 2.5} Đơn vị: kPa/s Hệ số đạo hàm: ConstdE Trang 51 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM Hàm liên thuộc đạo hàm sai số ngõ vào biểu diễn sau: Hình Hàm liên thuộc ngõ vào đạo hàm sai số • Ngõ ra: Out_put = {giảm nhanh, giảm nhanh, giảm vừa, bình thường, tăng vừa, tăng nhanh, tăng nhanh} Out_put = {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB } Range: {-20,20} Đơn vị: giá trị analog thay đổi (số nguyên dương) Hệ số ngõ ra: ConstO Trang 52 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM Hàm liên thuộc ngõ biểu diễn sau: Hình Hàm liên thuộc ngõ Thơng số điều khiển FLC: Với ERROR=SP-PV (47) Luật điều khiển mờ xác định từ việc khảo sát đáp ứng hệ thống với thay đổi sai số e và đạo hàm sai số de/dt Bảng Bảng mờ điều khiển mơ hình áp suất de/dt error NB NM NS ZE PS PM PB NB NM NS ZE PS PM PB NM ZE PS NB NS NM NB NM NS ZE NM NS NS NM NB NS NS NS PS ZE NS NB NM NS ZE PS PM PB PS ZE NS PS PS PS PB PM PS PS PM ZE PS PM PB PM PS PB NS ZE PM Trang 53 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 4.3 Thiết kế giải pháp dự phòng cho hệ thống Lưu đồ giải thuật chương trình chính: Begin CPU fault No Yes Key switch in REMOTE position No CPU connect to REMOTE CHASSIS CPU_is_PS CPU_in_REMOTE mode, Uninhibit all connections Control Inverter CPU_is_SS Yes CPU_in_redundancy mode No an Yes Controller Fault Handler End Hình 4 Lưu đồ giải thuật điều khiển mạng dự phịng cho mơ hình áp suất Trang 54 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM Lưu đồ giải thuật cho mạng dự phòng Peer in Programe mode Yes No Inhibit all connections of peer Take control of the system and run using data acquired from PS in 20 second SS change to PS and run normally Peer in faulted Yes No Yes Power lost Take control of the system and run using data acquired from PS in 20 second SS change to PS and run normally No Peer_Ok Uninhibit all connetions of peer an Begin Read status from peer(PS) End Hình Lưu đồ giải thuật cho mạng dự phòng Trang 55 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM Lưu đồ giải thuật lấy quyền điều khiển Begin Uninhibit connetion to REMOTECHASSIS Run system in emergency mode(20s) Clear Inverter Fault System run normally End Hình Lưu đồ giải thuật lấy quyền điều khiển Trang 56 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM Lưu đồ giải thuật điều khiển ổn định áp suất Begin Input setpoint if CPU is PS Acquire setpoint if CPU is SS CPU in emergency mode No Control Pump using Fuzzy logic Controller Yes Control Pump using data acquired from PS End Hình Lưu đồ giải thuật điều khiển ổn định áp suất Trang 57 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 4.4 Chương trình điều khiển dùng FLC, hệ thống dự phịng, hình giám sát và lưu trữ liệu SQL Phần lập trình PLC chia thành chương trình để thực chức khác Phần mềm RSlogix 5000 sử dụng để thực chương trình dự phịng chương trình điều khiển áp suất hệ thống [Phụ lục 1] Chương trình giám sát hệ thống thực FactoryTalk View ME (Machine Edition) SE(Site Edition) với chức giám sát điều khiển hoạt động hệ thống cảnh báo lỗi đến người dùng [Phụ lục 2],[Phụ lục 3] Dữ liệu từ màn hình SCADA máy tính (data logging) lưu trữ SQL server để kiểm tra phân tích cần 4.5 Phần mềm sử dụng 4.5.1 RSlinx classic Là giải pháp truyền thông toàn diện cung cấp để cầu nối cho điều khiển lập trình Allen Bradley truy cập vào nhiều loại phần mềm ứng dụng Allen Bradley Chúng bao gồm chương trình lập trình thiết bị ứng dụng cấu RSLogix và RSNetWorx ứng dụng HMI FactoryTalkView SE (Site Edition), FactoryTalk View ME (Machine Edition) Và ứng dụng thu thập liệu sử dụng Microsoft Office, Web pages, Visual Basic… Hình Giao diện chương trình RSlinx Trang 58 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 4.5.2 RSlogix 5000 Đây là phần mềm hãng AB hỗ trợ dùng để lập trình cho toàn PLC thuộc họ Compactlogix và Controllogix hỗ trợ ngơn ngữ lập trình Ladder, FBD, SFC ST Hỗ trợ cấu hình thiết bị khác biến tần PowerFlex, HMI… Hình Giao diện chương trình RSlogix 5000 Trang 59 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 4.5.3 RSNetWorx for ControlNet RSNetWorx for ControlNet chương trình cho phép cấu hình mạng ControlNet sử dụng biểu tượng đồ họa để mơ tả đối tượng Cho phép cấu hình thơng số tồn mạng tạo nên cấu hình mạng mong muốn dạng file scanlist Hình 10 Giao diện chương trình RSnetworx for controlnet Trang 60 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 4.5.4 RSnetworx for Devicenet Là chương trình chạy hệ điều hành Window cho phép cấu hình thiết bị sử dụng DeviceNet Với việc tạo ta file scanlist ta xác định vùng địa với đối tượng muốn điều khiển dựa vào địa này để thực chương trình liên qua đến devicenet Hình 11 Giao diện chương trình RSnetworx for Devicenet Hình 12 Các chương trình thực PLC Trang 61 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 4.5.5 RSLogix5000 Fuzzy Designer v16.00 Là phần mềm hỗ trợ Rockwell Automation cho việc thiết kế điều khiển dựa Fuzzy logic Hình 13 Giao diện phần mềm Fuzzy Designer Trang 62 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 4.5.6 Factory Talk View Là chương trình nhúng hỗ trợ Rockwell Automation để lập trình giao diện SCADA máy tính(Site Edition) HMI(Machine Edition) Hình 14 Giới thiệu phần mềm Factory Talk View (nguồn: Rockwell Automation) Trang 63 an CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 4.5.7 Phần mềm SQL Server 2008 Được cung cấp Microsoft, dùng để lưu trữ quản lý liệu Hình 15 Giao diện phần mềm SQL Server máy tính Trang 64 an CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN 5.1 Điều khiển mơ hình ổn định áp suất dùng FLC Để kiểm chứng hiệu FLC ứng dụng thực tế, chương trình điều khiển áp suất viết môi trường RSLogix 5000 Thông số điều khiển FLC: Các giá trị ConstE = 1.5, ConstdE = 1, ConstO = lựa chọn dựa kinh nghiệm người thiết kế Kết đáp ứng hệ thống: Hình Đáp ứng hệ thống sử dụng FLC so với PLC Nhận xét: với thiết lập mơ hình thực nghiệm đo áp suất khơng khí khoảng từ – 20 kPa Với hệ thống sử dụng FLC, ta không cần biết thông số hàm truyền đối tượng điều khiển Object (hình 2.2) mà điều khiển hệ thống cách ổn định Chứng minh khả thích nghi và ứng dụng FLC việc điều khiển đối tượng chưa biết Khi giảm Set point, khả thích nghi FLC tốt so với PID (hình 5.1) 𝑆𝑎𝑖 𝑠ố 𝑥á𝑐 𝑙ậ𝑝 = 𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị đọ𝑐 𝑡𝑟ê𝑛 𝑐ả𝑚 𝑏𝑖ế𝑛(𝑚𝑎𝑥) − 𝑆𝑒𝑡𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡 = 0.5 (𝑘𝑃𝑎) Sai số tương đối hệ thống = 2.5% mức chấp nhận đề tài tốt nghiệp Trang 65 an CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN Nguyên nhân chủ yếu sai số đặc tuyến cảm biến PSA-01 chưa chuẩn (điện áp đọc dao động khoảng 0.955V thay 1V) Bộ điều khiển Fuzzy thiết kế thử nghiệm chưa hoàn hảo dẫn đến việc hạ Set point từ cao xuống thấp (16kPa xuống 4kPa) xảy tượng vọt lố tương tự PID, sai số lúc lên đến 50%, q trình điều chỉnh bằng cách sử dụng hàm sigmoid nhân với Set point để tạo giá trị ngõ vào mềm hóa với thời gian độ mong muốn Việc hoàn thiện bảng luật mờ thực tương lai 5.2 Kết giải pháp dự phòng cho hệ thống Kết dự phịng chuẩn đốn lỗi hệ thống kiểm nghiệm qua trường hợp sau: Khởi động hệ thống: CPU 32 hoạt động bình thường(PS), CPU 31 chế độ chờ dự phòng(SS) HMI kết nối đến CPU31 Màn hình SCADA máy tính kết nối đến CPU32 • Khi PS chuyển sang chế độ program mode: PS không đưa tín hiệu điều khiển hệ thống Đồng thời chương trình dự phòng SS phát trạng thái thực việc chuyển quyền điều khiển Trên hình giám sát SS người giám sát quan sát trạng thái program mode PS Trang 66 an CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN Hình PS chuyển sang chế độ program mode • Xảy lỗi chương trình Khi PS xảy lỗi làm ngừng hoạt động Lúc SS lấy quyền điều khiển chuyển sang chế độ master SS ngừng trao đổi thơng tin với PS hình giám sát PS chức giám sát Từ hình giám sát SS ta quan sát thấy trạng thái lỗi PS • Lỗi nguồn chassis PS: Trường hợp PS chiếm quyền điều khiển, SS bình thường khơng có cố lỗi trạng thái chờ Trong cố tạo lỗi nguồn cho PS, SS lấy quyền điều khiển, đồng thời hình giám sát SS lỗi nguồn PS Trang 67 an CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN Hình Đáp ứng hệ thống có cố 5.3 Kết cảnh báo lỗi hình HMI SCADA Kết cảnh báo hiển thị hình HMI(CPU31) hình giám sát SCADA máy tính (CPU32) giúp cho việc vận hành, sửa chữa bảo dưỡng thuận lợi Hình Ảnh chụp HMI thông báo cố gặp phải Trang 68 an CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN Hình 5 Màn hình SCADA từ máy tính 5.4 Lưu trữ liệu SQL Server Dữ liệu từ Factory Talk máy tính lưu trữ vào SQL Server để kiểm tra, quản lý, phân tích cần Hình Lưu trữ liệu Setpoint Process Value SQL Trang 69 an CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Sau thực đề tài tốt nghiệp, nhóm hoàn thành yêu cầu đặt việc thiết kế hệ thống "Điều khiển thơng minh giải pháp dự phịng" Kết thực nghiệm đạt ưu điểm có hạn chế sau: Ưu điểm: Dự phòng trường hợp lỗi cấp độ CPU như: lỗi chương trình(Major Fault), CPU bị chuyển sang chế độ Program mode, lỗi CPU bị nguồn Trong thời gian cho phép mơ hình thực nghiệm Hệ thống giám sát SCADA hiển thị hầu hết lỗi hệ thống nói trên, giao diện giám sát dễ nhìn giúp người dùng biết xác lỗi, thơng qua trạng thái đèn báo mã lỗi hình alarm Hệ thống điều khiển ổn định áp suất mô hình bể nước thay đổi mức áp suất khác với đáp ứng mức tốt Hạn chế: Mạng dự phịng chưa cấp độ dự phịng tồn diện mà dừng lại việc đưa giải pháp dự phịng cấp độ CPU Mơ hình áp suất sử dụng đề tài hệ SISO nên chưa thể kiểm nghiệm hiệu điều khiển FUZZY với hệ MIMO Đồng thời đáp ứng chưa đạt mức tốt (sai số 2.5%) Trang 70 an CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.2 Hướng phát triển Phát triển cải thiện điều khiển, để điều khiển mơ hình có nhiều ngõ Giải pháp dự phịng Output Switching giải pháp tạm thời nhằm tiết kiệm chi phí, khắc phục cố cấp độ CPU, có điều kiện thuận lợi trang thiết bị đầy đủ việc phát triển giải pháp dự phòng dùng phần cứng (sử dụng module redundant) cách mang lại hiệu và suất cao Đồng thời xây dựng giải pháp dự phịng tồn diện từ nguồn, CPU, module nhằm đảm bảo cho hệ thống ln ln hoạt động bình thường dù có cố xảy hệ thống Nâng cao hình thức giao diện SCADA để dễ dàng giám sát đối tượng mà quy mô đối tượng lớn Trang 71 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ali Zilouchian, Mo Jamshidi, “Intelligent Control System Using Soft Computing Methodologies”, pp 212 – 235 [2] Farid Golnaraghi, Benjamin C.Kuo, “Automatic Control Systems” [3] Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Tấn Đời, Trương Ngọc Anh, Tạ Văn Phương, “Điều khiển thông minh”, Khoa Điện – Điện tử, Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật [4] 1756 ControlLogix Communication Modules Specifications, Rockwell Automation, 1756-TD003J-EN-E, 2017 [5] ControlNet Network Configuration, Rockwell Automation, CNET-UM001E-EN-P2016 [6] DeviceNet Network Configuration, Rockwell Automation, DNET-UM004C-EN-P June 2016 [7] EtherNet/IP Network Configuration, Rockwell Automation ENET-UM006A-EN-P March 2019 [8] Logix5000 Controllers Controller Information and Status, Rockwell Automation, 1756-PM015B-EN-P, 2008 [9] Logix5000 Controllers Generals Instructions Reference Manual, Rockwell Automation, 1756-RM003R-EN-P, 2016 [10] Logix5000 Controllers Major, Minor, and I/O Faults, Rockwell Automation, 1756PM014J-EN-P, 2016 [11] Logix5000 Controllers Messages, Rockwell Automation, 1756-PM012G-ENP,2016 an [12] PowerFlex 20-COMM-D DeviceNet Adapter, Rockwell Automation, 20COMMUM002G-EN-P, 2013 [13] PowerFlex® 700S Adjustable Frequency AC Drive - Phase II, Rockwell Automation, 20D-QS002B-EN-P, 2005 [14] Software Output Switching, Rockwell Automation, PN 957236-69 [15] Website: www.plctalk.net [16] Website: www.rockwelautomation.com [17] Website : https://www.autonicsonline.com/image/pdf/PSA,PSB.pdf Website: www wikipedia.org [19] Fuzzy logic membership function, researchhubs Available at: http://researchhubs.com/post/engineering/fuzzy-system/fuzzy-membershipfunction.html [18] an PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH PLC an an an an an an an an an an an an an an an an an an an PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH FACTORY TALK an an an PHỤ LỤC 3: MÀN HÌNH SCADA TRÊN MÁY TÍNH an an ... đề tài: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH TRONG CÔNG NGHIỆP Các số liệu, tài liệu ban đầu: − Lý thuyết điều khiển Fuzzy cho hệ thống phi tuyến − Hệ thống phần cứng mạng truyền thông công nghiệp Rockwell... KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH TRONG CÔNG NGHIỆP ThS.TẠ VĂN PHƯƠNG Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Sinh viên thực đầy đủ yêu cầu đồ án tốt nghiệp. ..TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH TRONG CÔNG NGHIỆP MSSV: 15151006 SVTH : LÊ NGỌC BÌNH 15151059